¿QUÉ ES LA NEUROCIENCIA?
Nuestro cerebro nos define, procesa el mundo que nos rodea y determina cómo respondemos a los estímulos. En el cerebro suceden procesos como enamorarse, ser capaz de reconocerte a ti mismo, o que un olor te traiga recuerdos de un lugar o una persona. Pero también tiene disfunciones provocadas por enfermedades, lesiones o deficiencias de desarrollo que afectan al órgano que nos hacen incluso perder el sentido de la propiocepción o nuestra capacidad para comunicarnos. Todos estos procesos tienen que ver con la neurociencia
La definición oficial de neurociencia es “ciencia que se ocupa del sistema nervioso y de cada uno de sus diversos aspectos y funciones especializadas”. Aunque es una definición certera, para los expertos del Future Trends Forum (reunidos en Madrid en noviembre de 2019) se queda corta, concluyen que para ir más al detalle y teniendo en cuenta la complejidad de los procesos que suceden en el cerebro, se podría decir que la neurociencia surge con el objetivo de comprender el funcionamiento y la estructura del sistema nervioso desde distintas aproximaciones, mediante metodologías y técnicas diversas.
El desarrollo de la neurociencia necesita la combinación de varias consideraciones:
- La colaboración de multitud de disciplinas para desentrañar los entresijos del cerebro y del sistema nervioso. Disciplinas como la química, la fisiología, la psicología, la farmacología, la genética, la ingeniería de varios ámbitos, más recientemente, la informática…
- Los nuevos descubrimientos hacen que no debamos hablar de sólo una neurociencia, sino de varias neurociencias que trabajan sobre cosas tan variadas como estructuras cerebrales, sinapsis entre neuronas y procesos mentales. Pero también de emociones, enfermedades neurológicas y mentales.
- La neurociencia actual sólo se entiende relacionada con las nuevas tecnologías. Con ellas, la observación del cerebro es más minuciosa que nunca, podemos ser humanos mejorados gracias a las interfaces cerebro-máquina e incluso crear máquinas con sentimientos gracias a la inteligencia artificial. El desarrollo de la computación, el big data, la llegada de la realidad virtual, la nanotecnología y las máquinas de secuenciación genética, entre otras tecnologías, están re-definiendo esta ciencia.
A continuación, entramos en detalle de las 3 grandes áreas actuales del estudio de la neurociencia.
Más allá del cerebro
Tradicionalmente la neurociencia ha puesto el cerebro en el centro de su atención, pero Antonio Damasio considera que, aunque hasta se ha tenido éxito con esta aproximación, la neurociencia debe prestar atención (y ya está empezando a hacerlo) al estudio de las demás funciones del sistema nervioso (no sólo del cerebro) como la percepción, la atención, la memoria, el movimiento o el lenguaje. Damasio defiende que el cerebro debe ser estudiado dentro del contexto de la biología general.
Antonio Damasio está convencido de que el mayor conocimiento del cerebro y de todo el sistema nervioso permitirá tener una salud optima y, por lo tanto, una vida mejor.Conexiones neuronales
A finales del siglo XIX, Santiago Ramón y Cajal situó por primera vez las neuronas como elementos individuales del sistema nervioso: propuso que actuaban como unidades que se intercomunicaban estableciendo una especie de red de conexiones.
La neurona es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Estas células reciben los estímulos del entorno, los convierten en impulsos nerviosos y los transmiten a otra neurona o a una célula muscular que producirá una respuesta. Gracias a la investigación en neurociencia conocemos perfectamente su morfología, sabemos que tienen núcleo, dendritas y un axón y cómo se comunican entre ellas.
También sabemos cómo se transmiten los impulsos nerviosos de una neurona a la siguiente y que hay algunas que están especializadas en el sistema visual y otras en el auditivo, algunas que se encargan de ayudarnos a recordar y otras a reconocer caras. Aunque también hemos aprendido que no hay áreas anatómicas concretas para todos estos sistemas, sino redes neuronales que se refuerzan a cada nueva conexión.
Gracias a las nuevas tecnologías de imagen, uno de los proyectos actuales con mayor repercusión en el aumento del conocimiento de las conexiones neuronales es el Conectoma humano. El conectoma es un mapa que modela el cerebro y su actividad como una red conectada, dibujando todas las conexiones cerebrales, pudiendo mostrar:
- Las conexiones entre cada neurona y sinapsis de forma individual,
- Las conexiones entre los axones (poblaciones de células)
- La actividad de las regiones cerebrales. Actualmente, el equipo de nuestro experto Alex Fornito trabaja en esta escala en seres humanos.
Patrones de conexión
El estudio de las conexiones neuronales nos permite conocer mejor cómo se comunican o qué patrones de conexión existen entre las distintas partes del cerebro y observar, por ejemplo, qué circuitos cerebrales actúan en qué funcionalidad o cuales circuitos se ven afectados en personas con enfermedades.
Proyectos como Blue Brain
trabajan en el modelado de integral de estas conexiones con el objetivo
de descifrar y estudiar en detalle las estructuras cerebrales,
integrando miles de datos para reconstruir digitalmente los circuitos neuronales y las estructuras cerebrales. Están desarrollando un mapa digital que recrea de la forma más precisa posible los senderos neuronales del cerebro humano y el modo en que estos se activan.
Después, les añaden las propiedades electrofisiológicas y las
sinápticas para construir un modelo de los circuitos que refleje
fenómenos como la oscilación lenta en las redes neuronales, una
propiedad intrínseca de la corteza cerebral. Estas oscilaciones aparecen
especialmente en algunas fases del sueño y consisten en oleadas de
actividad neuronal que viajan de un punto a otro de la corteza con una
frecuencia de entre uno o cuatro segundos. El modelo digital que diseñan
en el proyecto Blue Brain integra esta oscilación de baja frecuencia
basándose únicamente en los datos.
La
mejor forma de entender estos avances es la transición de la vigilia al
sueño, proceso en el que están involucrados notables cambios en la
actividad cerebral y sus conexiones. En el estado de sueño, los
circuitos neuronales están en hiperexcitabilidad, mientras que cuando
estamos despiertos (aunque no siempre) las neuronas están en una
excitabilidad normal. Aunque, según explica Sean Hill, las fases de
vigilia y sueño no son totalmente binarias. Es decir, cuando duermes el
cerebro no tiene por qué estar dormido del todo y cuando estás
despierto, el cerebro no tiene por qué estar despierto necesariamente.
Esta observación nos ha permitido conocer que hay una diferencia
drástica en la conectividad del cerebro cuando estamos dormidos y cuando
estamos despiertos. Uno de los procesos que actualmente cuenta con más
evidencia para explicar esto es la hipótesis de la homeostasis
sináptica, que sugiere que dormir por la noche es el precio que pagamos por tener la plasticidad cerebral que utilizamos durante el día.
Neuronas de concepto
Otras de las áreas en las que trabaja la neurociencia es en conocer las neuronas, qué tipos de neuronas hay y cómo funcionan.
Te invitamos a conocer en detalle a las neuronas en Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Neurona
Las neuronas son las células específicas del sistema nervioso, que son capaces de transmitir impulsos nerviosos o las demás células del cuerpo. Existen varias tipologías de neuronas, dependiendo de:
- su forma y tamaño, que pueden ser poliédricas, fusiformes, entrilladlas, esféricas o piramidales.
- su función, como motoras (vinculadas al movimiento y coordinación muscular), sensoriales (vinculadas a la percepción de estímulos externos al cuerpo) o interneuronales (las que conectan diferentes tipos de neuronas entre sí, permitiendo redes neuronales).
- su polaridad, es decir, del número y disposición de sus terminaciones eléctricas, pudiendo ser de varios tipos.
En la reunión del Future Trends Forum se comentaron los principales avances sobre los nuevos descubrimientos de tipos de neuronas y su comportamiento. El principal ejemplo de estos descubrimientos son las células de concepto o células Jennifer Aniston de Rodrigo Quian.
Técnicas de observación del cerebro
Todos
los descubrimientos en el campo de la neurociencia están acercándonos
poco a poco a comprender con más detalle el funcionamiento del cerebro a
nivel celular. Esto es posible gracias al desarrollo de la tecnología,
que posibilita la observación de este órgano a diferentes escalas y con
diferentes técnicas. Es obvio que, cuanto más evolucionen los métodos de observación, podremos obtener información más valiosa, detallada y rigurosa.
Actualmente, existen muchas modalidades de neuroimagen, como la
resonancia magnética, la magnetoencefalografía o la
electroencefalografía. También existen técnicas más detalladas, como la
tomografía de coherencia óptica o la estimulación transcraneal con
corriente continua. En general, podemos dividirlas en técnicas de
neuroimagen que estudian los rasgos estructurales y anatómicos y las
modalidades de imagen que estudian los aspectos funcionales.
En la actualidad, todas las técnicas se utilizan para el diagnostico clínico y la investigación, pero las técnicas de neuroimagen también pueden ser útiles para otras muchas áreas como examinar el envejecimiento y la neurociencia de rehabilitación, entender el aprendizaje infantil e incluso aplicarse en áreas como la inteligencia artificial, la neurociencia computacional, la ciencia de materiales, la ingeniería de hardware, la ingeniería biomédica y la biotecnología.
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